[发明专利]柱状节理玄武岩原状岩芯制备方法

说明书

本发明提供了一种柱状节理玄武岩原状岩芯制备方法，包括以下步骤：（1）在现场选取柱状节理与地下水同时发育地区，开挖取样洞；（2）冻结施工；（3）取样；（4）化学侵蚀；（5）岩芯制备。本发明充分利用玄武岩本身的组成成分与高温敏感性，采用冻结法确保了获得大尺度柱状节理岩体，有效保留了内部初始结构特征；同时，采用化学方法代替物理方法对节理面进行弱化，避免了对岩体造成扰动损伤，本发明能有效减少对岩芯的冲击扰动，最大程度地保证了获取原状岩芯。

技术领域

本发明涉及柱状节理玄武岩地区建设的岩土工程，包括地下洞室、边坡、隧洞（道）、坝基等，可以应用于水利、水电、交通、矿山、核废料储存、地下实验室等对围岩条件有较高要求的岩土工程领域。

背景技术

玄武岩具有坚硬、较完整、抗风化能力强、强度高的特点。然而玄武岩中普遍发育柱状节理。柱状节理岩体作为一种特殊的结构性岩体，由于柱状节理构造的存在，其力学行为表现出典型的各向异性、不连续和非均质性，导致岩体质量等级的降低, 严重影响岩土工程的设计施工。

柱状节理构造是常见于火山熔岩中的一种呈规则或不规则柱状形态的原生张性破裂构造，多见于玄武岩中，有时在中酸性熔岩、熔结凝灰岩、潜火山岩、基性岩脉中也可见到。它的形态往往呈一种规则的多边形长柱体，包括四方、五方、六方棱柱体形态, 柱体垂直于熔岩层的层面。例如在白鹤滩水电站坝址区的11层玄武岩层中，柱体断面主要以五边形及不规则四边形为主，柱体长度一般1～3m，部分柱体较长，达5m。柱状节理面宽度一般13～25cm，部分柱体柱面较宽，达50～120cm。柱面大多起伏，较粗糙，部分柱体柱面不完整，柱体扭曲。

柱状节理主要是由于熔岩在冷却收缩过程中，受到种种内外因素诸如熔岩物质的均一性、岩石的结构与构造、岩浆的粘度、岩浆的冷却温度及其变化、岩浆的冷却速度及冷却的均匀性、岩体产状，古地貌与古气候条件以及平坦的冷凝面与足够的岩流厚度等的综合影响，由一定应力作用方式所导致的张性破裂变形的产物。

岩体真实的力学特性是大型岩体工程论证和设计的关键科学与技术问题，也是岩体力学与工程的重要研究课题之一。但是由于柱状节理的存在，导致在现场很难取得完整的玄武岩岩芯，即使取得也包含大量的节理裂隙，并不能真实反映玄武岩的真实力学特性，因此获得柱状节理玄武岩的原状岩芯，揭示其真实力学性质，具有较高的实际和工程应用价值。

由于柱状节理的切割影响，玄武岩柱体断面通常呈一种规则的多边形长柱体，例如四方、五方、六方棱柱体形态，在取芯、运输和加工过程中，受钻机振动、运输振动、加工切割等物理作用的影响，加工成的岩芯成功率较差，并且受到严重扰动，无法反应初始岩样的真实力学特性。

发明内容

本发明的目的是提供一种柱状节理玄武岩原状岩芯制备方法，避免对取样岩体的柱体本身造成损伤，可以获取有效岩样。为此，本发明采用以下技术方案：

柱状节理玄武岩原状岩芯制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）在现场选取柱状节理与地下水同时发育地区，开挖取样洞；取样洞底板岩体的地层天然水含量大于10%，且地下水流动或渗透速度小于10m/d；

（2）冻结施工

在取样洞底板选取取样区，取样区内具有取样柱状节理玄武岩，取样区的轮廓靠近取样柱状节理玄武岩，在取样区的周边环形布置钻孔，钻孔距离取样区1~1.5m，钻孔深度超过取样岩柱的深度1~2m；

钻孔孔口密封隔热，在钻孔中布置换热钢管，将冷却盐水在换热钢管中进行循环，吸收取样区范围内岩体的热量，直至将使岩体温度降至-10℃以下，取样岩体冷冻形成完整体；

（3）取样

沿钻孔进行切割，将钻孔围绕的区域切割下来，切割下来的样品含有取样柱状节理岩体，并放入冷藏箱保存，运至试验室；

（4）化学侵蚀